核壳纳米金属与TiO2纳米管复合材料的制备及其非酶型电化学传感器

论文摘要

新型纳米复合材料是材料科学与工程领域中具有重要发展前景的一类新材料，根据人们的意愿合成核壳型纳米复合颗粒或组装负载型纳米复合材料，并揭示其新性质与新规律成为目前研究的热点之一。本论文以Au@Pd纳米粒子（NPs）和TiO2纳米管（NTs）为研究重点，利用新的合成路线和多种组装方法制备出一系列新型纳米复合材料，对其结构及物化特性、合成机理进行了系统研究，并探讨了纳米复合材料构建的非酶型电化学传感器的催化机理，获得主要结果如下：1.以Au NPs为种子，在不添加任何表面活性剂的条件下，采用种子生长法制备了核壳型花状（FS）Au@Pd NPs，平均粒径约为25nm，其中Au核为20nm，Pd壳为3nm。采用离子液体（ILs）作为连接剂，将FS Au@Pd NPs逐个有序地连接起来，形成有利于电子快速传递的非酶型葡萄糖传感器。Pd包覆Au所形成的核壳型纳米复合材料，不仅具有较大的比表面积、较高的吸附能力和较多的生物功能化作用点，而且表面带正电荷，非常有利于葡萄糖的电催化，使得所制备的传感器灵敏度、选择性、重现性和稳定性等性能均优于其它同类传感器，线性响应范围为5×10-95×10-7M，检测限低至1.0×10-9M（S/N=3）。2.采用水热法合成高比表面积（184.9m2/g）的TiO2NTs，通过3-氨基丙基三甲基硅烷（APTMS）将其表面功能化，得到f-TiO2NTs。调节f-TiO2NTs水溶液的pH值，将FS Au@Pd NPs通过静电吸附到TiO2NTs上，自组装制得新颖的负载型TiO2纳米管复合材料。负载后的Au@PdNPs仍为花状核壳结构，且其负载并未改变NTs的孔隙结构，而是增大了催化剂的活性面积。选择H2O2和水合肼作为探针分子，探索了修饰电极的电催化原理，在电化学反应过程中，H2O2在修饰电极上的电化学行为是典型的扩散控制过程，线性响应范围为1×10-75×10-4M，检测限为2×108M；而水合肼的电催化则是典型的吸附过程，且电子转移数为1个，线性响应范围为6×10-87×10-4M，检测限为1.2×108M。3.在超声震荡下，采用邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯（PDDA）将TiO2NTs功能化，利用PDDA带正电的特性，制备了Pd NPs-PDDA-TiO2NTs/GCE非酶型葡萄糖传感器。其电催化机理为，传感器上的Pd NPs在碱性介质形成Pd（OH）x，能促进积聚在电极表面的葡萄糖中间体氧化，释放出自由的Pd NPs活性位点，实现对葡萄糖持续、稳定、循环的电催化。传感器的线性响应范围为4×10-78×10-4M，检测限达8×10-8M，而且该传感器还具有较高的灵敏度和选择性，在高浓度Cl-、尿酸、抗坏血酸和尿素等的干扰下，仍能对葡萄糖进行良好的催化氧化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 纳米材料的基本特性
• 1.3 纳米复合材料的概述
• 1.3.1 纳米复合材料的分类及基本性能
• 1.3.2 核壳型贵金属纳米复合材料
• 1.3.2.1 共沉淀法
• 1.3.2.2 非均相沉淀法
• 1.3.2.3 置换法
• 1.3.2.4 种子生长法
• 1.3.2.5 多元醇还原法
• 1.3.2.6 异相凝聚法
• 1.3.2.7 光化学法
• 1.3.2.8 电化学法
• 1.3.2.9 溶胶-凝胶法
• 1.3.2.10 超声化学法
• 1.3.3 负载型纳米复合材料
• 2纳米管复合材料'>1.3.3.1 负载型 TiO₂纳米管复合材料
• 1.4 纳米材料在化学修饰电极中的应用
• 1.4.1 化学修饰电极
• 1.4.2 纳米材料在化学修饰电极中的应用
• 1.5 选题依据与研究内容
• 1.5.1 选题依据
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 创新性
• 第二章 基于花状Au@Pd纳米粒子-ILs复合膜修饰玻碳电极（GCE）的非酶型葡萄 糖传器
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂和仪器
• 2.2.2 制备纳米金溶胶和花状 Au@Pd 纳米粒子
• 2.2.3 制备不同的葡萄糖传感器
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 Au NPs 和 FS Au@Pd NPs 物理化学性质表征
• 2.3.2 电化学性质
• 2.3.3 葡萄糖的伏安响应
• 2.3.4 重现性和稳定性
• 2.3.5 干扰实验
• 2.4 本章小结
• 2纳米管负载 Au@Pd NPs 复合材料的制备、结构表征及其电化学特性 研究'>第三章 TiO₂纳米管负载 Au@Pd NPs 复合材料的制备、结构表征及其电化学特性 研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂和仪器
• 3.2.2 制备纳米金溶胶（Au NPs）和花状 Au@Pd 纳米粒子
• 2纳米管'>3.2.3 水热法制备 TiO₂纳米管
• 2NTs 负载花状 Au@Pd 纳米粒子'>3.2.4 TiO₂NTs 负载花状 Au@Pd 纳米粒子
• 2NTs'>3.2.4.1 制备功能化的 TiO₂NTs
• 2NTs 负载花状 Au@Pd 纳米粒子的新型纳米复 合材料'>3.2.4.2 制备 f-TiO₂NTs 负载花状 Au@Pd 纳米粒子的新型纳米复 合材料
• 3.2.5 不同修饰电极的制备
• 3.3 结果与讨论
• 2NTs 和 f-TiO₂NTs-FS Au@Pd 复合材料的表征及分析'>3.3.1 TiO₂NTs 和 f-TiO₂NTs-FS Au@Pd 复合材料的表征及分析
• 3.3.2 电化学性质
• 3.3.2.1 电化学交流阻抗
• 2NTs-FS Au@Pd/GCE 过氧化氢传感器'>3.3.2.2 f-TiO₂NTs-FS Au@Pd/GCE 过氧化氢传感器
• 2NTs-FS Au@Pd/GCE 对水合肼的电化学行为'>3.3.2.3 f-TiO₂NTs-FS Au@Pd/GCE 对水合肼的电化学行为
• 2NTs-Au@Pd/GCE 过氧化氢传感器'>3.3.2.4 f-TiO₂NTs-Au@Pd/GCE 过氧化氢传感器
• 3.4 本章小结
• 2纳米管负载 Pd 纳米粒子修饰玻碳电极上的催 化氧化'>第四章 碱性介质中葡萄糖在 TiO₂纳米管负载 Pd 纳米粒子修饰玻碳电极上的催 化氧化
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要试剂和仪器
• 2纳米管'>4.2.2 制备 TiO₂纳米管
• 2NTs 修饰电极的制备'>4.2.3 Pd NPs-PDDA-TiO₂NTs 修饰电极的制备
• 4.3 结果与讨论
• 2NTs 复合材料表征及分析'>4.3.1 Pd NPs-PDDA-TiO₂NTs 复合材料表征及分析
• 4.3.2 电化学性质
• 4.3.3 葡萄糖的伏安响应
• 4.3.4 重现性和稳定性
• 4.3.5 干扰实验
• 4.4 本章小结
• 总结
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间研究成果及发表学术论文
• 个人简历